Устройство для оценки параметров многолучевого канала связи

 

Использование: радиосвязь. Сущность изобретения: устройство содержит расщепитель 1, элемент задержки 2, К+1 ячеек задержки 3,5. К двухвходовых сумматоров 4, К блоков оценки 6, К(П+1)-входовых сумматоров 7, К экстраполяторов 8, блок сравнения 9, коммутатор 10. решающий блок 11, П-разрядный регистр сдвига 12, К усреднителей 17. 1-2-3-7-8-4-5-6-10, 6-7, 11-12-6. 7- 17-9-10. 4 ил.

ООюз сОВет(:ких

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 04 В 3/46

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

00 К)

1(р > (21) 4904567/09 (22) 22.01.91 (46) 15.12.92. Бюл. N. 46 (71) Самарский электротехнический институт связи (72) B.Ã. Карташевский (56) Авторское свидетельство СССР

)Ф 780211, кл. Н 04 В 3i 46, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ МНОГОЛУЧЕВОГО КАНАЛА СВЯЗИ

Изобретение относится к радиосвязи и предназначено для использования в системах передачи дискретных сообщений по каналам связи с рассеянием энергии принимаемых сигналов во времени (в частности, в многолучевых каналах декаметрового диапазона) в условиях действия сосредоточенных помех.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для оценки параметров многолучевого <знала связи, Данное устройство содержит расщепитель входного сигнал; на низкочастотные компоненты. в каждой из которых отсчеты сигнала поступают на линию задержки, причем время задер>кки зьгбирается равным времени рассеяния в канале. Отсчеты сигнала с выхода линии задержки поступают на сумматоры, в которых осуществляется компенсация сигналов межсимвольной интер ференции путем вычитания из приходящего сигнала "мешающих" отсчетов импульсного отклика канала связи, "Мешающле" отсчеты формируются на выходе соответствующих перемножителей, где отсчеты импульсной реакции взятые с выхода усредняющих

„„Я2„„1781828 А1 (57) Использование: радиосвязь. Сущность изобретения: устройство содержит расщепитель 1, элемент задержки 2, К+1 ячеек задержки 3,5. К двухвходовых сумматоров

4, К блоков оценки 6, К(П+1)-входовых сумматоров 7, К экстраполяторов 8, блок сравнения 9, коммутатор 10, решающий блок 11, П-разрядный регистр сдвига 12, К усреднителей 17. 1-2-3-7-8-4-5-6-10, 6-7, 11-12-6. 717-9-10. 4 ил. фильтров (выходы всего устройства) умножаются на знаковые коэффициенты, хранящиеся в регистре сдвига, которые . поступают на вход регистра от блока решения. Сигнал, очищенный от "мешающих" отсчетов, подается на перемножители, осуществляющие снятие манипуляции посредством умножения на знаковый коэффициент, хранящийся в регистре сдвига, а результат умножения поступает на усредняющий фильтр, где осуществляется весовое суммирование предыдущего и текущего результатов, Данному прототипу присущ недостаток, . обусловленный достаточно высокой среднеквадратической ошибкой (СКО) оценивания импульсной реакции канала связи в условиях действия сосредоточенных по спектру помех.

Целью изобретения является повышение точности оценивания.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для оценки параметров многолучевого канала связи, содержащее расщепитель входного сигнала, выуод которого подключен к входу элемента задержки, блок

1781828

10

55 оценки весовых коэффициентов, регистр сдвига и решающий блок, выход которого подключен ко входу регистра сдвига, введены К+1 ячеек задержки, К двухвходовых сумматоров, К блоков оценки, K(N+1)-входовых сумматоров, К экстраполяторов, К усреднителей, блок сравнения и коммутатор, выход элемента задержки соединен с первыми входами каждого двухвходового сумматора и со входом первой ячейки задержки, выходы двухвходовыМсумматоров через соответствующие ячейки задержки соединены с первыми входами соответствующих блоков оценки весовых коэффициентов, одноименные вторые входы которых обьединены и соединены с соответствующими выходами регистра сдвига, вторые выходы соответствующих блоков оценки весовых коэффициентов соединены с вторыми входами соответствующих (И+1) входовых сумматоров, первые входы каждого из которых соединены с выходом соответствующей ячейки задержки. выходы (N+1) входовых сумматоров соединейы cO входами соответствующих экстраполяторов и через усреднители со входами блока сравнения. выходы соответствующих экстраполяторов соединены со вторыми входами соответствующих двухвходовых сумматоров, выходы блока сравнения соединены с управляющими входами коммутатора, к первым входам которого подключены первые выходы всех блоков оценки, выходы коммутатора являются выходами устройства, Заявлявмое устройство отличается от йзобретения по а.с. N.. 780211 тем, что в нем осуществляется фильтрация сосредоточенных по спектру помех по параллельной многоканальной схеме анализа путем измерения, экстраполяции (предсказания) и вы читания отСчетов сосредоточенной помехи из отсчетов йриходящего Сигнала в каждом канале и выбора канала, в котором фильтрация помехи осуществляется наилучшим образом.

На фиг.1 представлена функциональная схемапредлагаемого устройства оценки; на фиг.2 - схема блока оценки для N=4; на фиг.3 — " структурйо- логическая схема устройства cpclBHGHvlsl: на фиг.4 - фрагмент ре. алйзации схемы коммутатора.

Устройство содер>кит расщепитель 1 вхбдного сигнала на низкочастотные компоненты, элемент задержки 2, ячейку задержки 3, К двухвходовых сумматоров 4, К других ячеек задержкй 5, К блоков оценки 6, K(N+1)входовых сумматоров 7, К экстраполяторов

8, К усреднителей 17, устройство сравнения

9, коммутатор 10, решающий блок 11 и Nразрядный регистр сдвига 12.

Блок оценки 6, "раскрытый" на фиг,2, содержит N сумматоров 13. N перемножителей 14. N усредняющих фильтров 15 и N перемножителей-инверторов 16.

Входной сигнал, расщепленный на низкочастотные компоненты в расщепителе 1. предварительно задер>кивается в элементе задер>кки 2 так, чтоб в каждом двухвходовом сумматоре 4 sпредположении,,что сосредоточенная помеха попала в данный канал многоканальной схемы, посредством вычитания произошло компенсирование сосредоточенной помехи, полученной на выходе соответствующего экстраполятора 8, который инвертирует результат предсказания. Очищенный от сосредоточенной помехи входной сигнал в каждом канале обработки дополнительно задерживается в других ячейках задер>кки 5 и поступает на первые входы блока оценки 6. Общая задержка сигнала в блоках 2 и 5 выбирается равной задер>кке решения в решающем блоке

11 и равной длительности импульсного отклика многолучевого канала связи.

Первый вход блока оценки 6 соединяется с первыми входами сумматоров 13, На другие входы сумматоров 13 с выходов перемножителей-инверторов 16 подаются сигналы ме>ксимвольной интерференции.

Очищенные в сумматорах 13 от ме>ксимвольных помех отсчеты импульсной реакции .поступают на другие входы перемножителей 14, на одни входы перемножителей 14, которые обьединены с одними входами перемножителей-инверторов

16 и являются вторыми входами блока оценки 6, поданы знаковые коэффициенты с выходом N-разрядного регистра сдвига 12, тактируемога импульсами, синхронизированными с фронтами информационных посылок, На вход N-разрядного регистра сдвига 12 информация поступает с решающего блока 11, Внутри ка>кдого блока оценки 6 с выходов перемножителей 14 отсчеты реакции подаются на соответствующие усредняющие фильтры 15. Выбор постоянной времени усредняющих фильтров 15 определяется компромиссом между требованиями эффективного подавления шумов и слежения за изменением параметров канала. Выходы усредняющих фильтров 15 являются первыми выходами блоков оценки 6, которые соединяются с первыми входами коммутатора 10, а вторые выходы каждого блока оценки 6 соединены с соответствующими вторыми входами (N+1)-входовых сумматоров 7. Не очищенный от сосредоточенных помех сигнал на выходе элемента задержки 2 также задер>кивается в ячейке задер>кки 3 на время вычисления

1781828 отсчетов импульсного отклика и поступает на первые входы (N+1)-входовых сумматоров 7, на выходе которых разностный сигнал соответствует оценке отсчета сосредоточенной помехи. Выходы (N+ 1)- 5 входовых сумматоров 7 непосредственно соединены со входами экстраполяторов 8 и через усреднители 17 соединены со входами устройства сравнения 9, В экстраполяторе 8 предсказывается значение отсчета 10 сосредоточенной помехи на следующий такт и выход каждого экстраполятора 8 соединяется со вторыми входами соответствующих:двухвходовых сумматоров 4, В устройстве сравнения 9 выявляется канал с 15 минимальным усредненным значением сосредоточенной помехи и через выходы устройства, соединенные с управляющими входами коммутатора 10, подается сигнал, коммутирующий на выход всего устройства 20 поданные с первых выходов блока оценки 6 на первые входы коммутатора 10 наилучшие оценки отсчетов импульсной реакции многолучевого канала связи.

Устройство работает следующим обра- 25 эом, Предположим, что импульсная реакция многолучевого канала связи характеризуется своими отсчетами g1, g2...„gN, оценки которых необходимо получить на выходе 30 . устройства. Элемент задержки 2 задерживает сигнал с выхода.расщепителя 1 íà (N-1) тактовых интервалов Т, а задержка в блоках

3 и 5 равна Т, На выходе ячейки задержки 3 в некоторый момент времени 1 действует 35 отсчет сигнала в виде:

Z; = S;+ V;+ n;,. (1) где Si = Big1+ а 1g2 +... анд1 +1+...

+а -N+1g N (2)

S — истинное значение сигнала, обус- 40 ловленное многолучевым характером распространения сигнала в канале, V — отсчет сосредоточенной по спектру помехи, источником ее может быть узкополосный сигнал мешающей станции, что на- 45 с иболее характерно для декаметрового канала связи; з

n — отсчет аддитивного флуктуационного шума с широким равномерным спектром и гауссовским законом распределения 50 мгновенных значений, I=1,N. в предположении, что все дь I = 1,N кроме

I-ro известны. В силу того, что свойства реального канала не могут изменяться скачком, в качестве известных отсчетов реакции могут быть использованы отсчеты, полученные в результате усреднения на предыдущем этапе.

В соответствии с (3) в каждой ветки вычисления g I должно производиться весовое суммирование известных отсчетов реакции (всех кроме I-го), осуществляемое в сумматорах 13, причем в качестве весов выступают известные знаковые коэффициенты, накопленные в регистре сдвига 12, вычитание полученных сумм из отсчетов компонент принятого сигнала, снятия манипуляции и полученных разностях путем деления или умножения на соответствующий коэффициент в перемножителях 14 и усреднение полученных величин в усредняющих фильтрах 15. Так организованы вычисления в прототипе и в каждом блоке оценки.6.

В заявляемом устройстве в отличие от прототипа осуществляет фильтрация отсчетов сосредоточенной помехи Vi путем оценивания отсчета помехи на очередном такте в (N+1)-входовых сумматорах 7, предсказания (экстраполяции) и инвертирования значения на следующий такт в экстраполяторах

8 и вычитания предсказанного значения из смеси полезного сигнала с помехой в двухвходовых сумматорах 4, причем все эти опе- . рации выполняются в предположении, что сосредоточенная по спектру помеха, имея центральную частоту 4, попадает в один из

К каналов многоканальной схемы обработи. Все каналы обработки принимаемого игнала одинаковы. Отличие состоит лишь предположении о том, каково истинное начение центральной частоты fa. что отражается лишь на численных значениях параметров модели помехи. Поэтому, чем ольке значение К, тем лучше, т.к, увеличение К способствует более точному определению значения f<, т.е. более точному воспроизведению модели 11омехи в экстраполяторах, Таким образом, схема работает так, как будто сосредоточенная помеха присутствует в каждом канале. В действительности только один канал ее схемы работает в условиях действия сосредоточенной помехи и

Если предположить, как в прототипе, что сосредоточенная помеха отсутствует, а 55 флуктуационный шум пренебрежимо мал, то иэ (2) может быть найден любой отсчет импульсного отклика

Si — aig1+... +а — 1gl-а

gl + аI +1 — I

+ а -1 д1 + 1 +... + 31 — и 1-1 дк а1+1 — i (3) 1781828 осуществляет ее фильтрацию, Во всех остальных каналах происходит псевдофильтрация сосредоточенной помехи. что в конечном итоге приводит к увеличению ошибки фильтрации и, как следствие, к увеличению среднеквадратической ошибки оценивания отсчетов импульсной реакции, Выбор канала, в котором действительно присутствует сосредоточенная помеха, (в котором в силу этого осуществляется и нэулучшая ее фильтрация) осуществляется по сигналу с выхода усреднителя 17, который является вычислителем среднеквадратического значения. В том канале, где присутствует сосредоточенная помеха и, следовательно, осуществляется ее наилучшее предсказание, на выходе (К+1)-входового сумматора 7 действует истинное значение отсчета сосредоточенной помехи, а нэ выходе соответствующего усреднителя

17 — среднеквадратическое значение помехи. Во всех остальных каналах кроме истинного значения помехи на выходе сумматора

7 будет присутствовать дополнительная помеха, обусловленная ошибками псевдофильтрации, Т.к. ошибки псевдофильтрации принадлежат к т.н, систематическим ошибкам, то на выходе усреднителя 17 "ошибочного" канала значение сигнала будет больше, чем у усреднителя 17 канала только с сосредоточенной помехой. Устройство сравнения 9 выбирает канал с минимальным значением сигнала на выходе усреднителя и через коммутатор 10 выдает на выход оценки отсчетов импульсной реакциИ того канала. где произведена наилучшая фильтрация сосредоточенной помехи и где, следовательно, меньше среднеквадратическая ошибка оценивания импульсной реакции, Оценим дисперсию ошибки оценивания импульсной реакции, Будем полагать, что сосредоточенная помеха V(t) представляется стационарным нормальным центрированным процессом с корреляционной функцией

B(r) = Во() cosWp (4)

Именно такой будет корреляционная функция у узкополосного случайного процесса с центральной частотой Wo =. 2л fp. Тогда согласно (3), если

-.а@1

Во (т) = (Pp е, (5) где о2о — средняя мощность помехи, 1 а = —, г, -- интервал корреляции полк мехи, тс отсчеты помехи удовлетворя:от уравне-. нию

Vn = V1,n SlA WoTn + Ч2,n CQS оТо (6) V1, == а х + pV1,n1

V2,n = аоУп+ РV2,n-1 ао =во 1 -P (7) 5 х, уо — независимые между собой последовательности независимых случайных числе с нулевым средним и единичной дис10 персией.

О2sx-дИСПЕрСИя ШуМа На ВХОДЕ уСрЕдНяющего фильтра.

Если сосредоточенной помехи нет или если она оценена и отфильтрована достаточно точно, то (Я„=% „(11)

40 где

В противном случае гв х = (Jn + Oo (12)

45 Можно считать, что йгРвых является верхним граничным значением для дисперсии ошибл ки ЛМ оценки Vl

Итак

Ч = Ч1 + 6 Vi

ЙМ = ч О2вых

50 (13) На (i+1) такте значение сигнала, поступающего на первый вход блока оценки 6, запи55 сывается с учетом(8) как

Zi+1 = Zi+1- V;+1 =

= Ян-1+ VI+1+ пн-1-рЧ = S +1+ в(14) ГдЕ Ю = аоХ+1 Sin И î T(i+1) + а о у +1"

«cos(Oо T(i+1)+

Уравнение экстраполяции для помехи (6) „-" " n

Vn+1 =P Vn (8)

Согласно схеме устройства на выходе (N+1)-входового сумматора 7 того канала, где присутствует сосредоточенная помеха, на i-ом такте формируется оценка отсчета сосредоточенной помехи в виде л л л л

Ч = Z; - (а 91+ а 1g2 +Ä.+а ьк+191ч) (9), где цк, k=1,N — оценки отсчетов импульсного отклика, формируемые блоком оценки.Ошибка ЛЧ1 оцен ки V1 обусловлена л отличием оценок цк от истинных значений цк, Известно (4), что при использовании в качестве усредняющего фильтра RC-цепи с постоянной временило, дисперсия шума на выходе RC-цепи определяется в виде:

0 вых = 02вх(1-ч}/(1+ Ц) (10)

q=e

1781828

10 х х

5 - @VI, sin (О,Т (соы ), Г-1) + p V>,i соз(0 Ti

xsin а Т + pV2, cos à Ti (созмоТ вЂ” 1) — р х Ч2,i sin 4.>Т! sin 0)оТ -p&Vi + ni+1 °

Дисперсия шума и, = Оо(1Рсоз(с) Т)+ NPО ых+on (15) Для канала, в котором осуществляется фильтрация сосредоточенной помехи вьх = On 1 + (16)

1+q а для канала с псевдофильтрацией

Овйх = (On + Оо) 1 + ("7)

1+q

С учетом (16) и (1г) из (15) получаем аР = 6Р + Np2O2 „(18)

О 1+q

Таким образом выигрыш по дисперсии входного шума для канала,в котором осуществляется фильтрация сосредоточенной поо 1 ц мехи определяется величиной Np oo

Г,1+q

Эта величина может быть весьма значительной, Так, например, при скорости передачи

2400 бит/с в полосе стандартного телефонного канала: N -"- 8, Т = 312,5 мкс. Если присутствует сосредоточенная помеха c à =

75 Гц и величина q реального усредняющего фильтра определяется значением q = 0,7, то Р2Оо 1 + =. ",348 Оо

1 + q т.е. применение фильтрации позволяет уменьшитьдисперсию входного шума блока оценки на 1,348 oo .

Все новые по отношению к прототипу блоки заявляемого устройства легко реализуются.

Экстраполятор представляет собой последовательное соединение усилителя с коэффициентом усиления р и инвертора.

Усреднитель выполняется в виде квадратичного детектора с усредняющим фильтром, таким же как усредняющий фильтр в блоке оценки.

Структурно-логическая схема устройства сравнения приведена на фиг.3, где введены обозначения: АЦП аналого-цифровой преобразователь, ОГ— опорный генератор, СФР— схема формирования и распределения импульсов, Рг.А— регистр адреса, Рг,Ч вЂ” регистр числа, К/Е— ключ с входом управления Е, - жгут с определенным числом проводов. Схема работает следующим образом. Все аналоговые сигналы с выходов усреднителей переводятся в цифровую форму, причем каждому каналу присваивается определенный адрес, записываемый B Pr.À, стоящий рядом с соответствующим АЦП. На рис.3 предполагается, что Рг,А содержит 4 разряда, что позволяет присвоить адреса 16 каналам.

Результат каждого аналого-цифрового преобразования хранится в регистре внутри каждого блока АЦП, Под воздействием импульсов управления с выхода СФР содер10 жание каждого адреса и значение числа в

АЦП (используется только 4 старших разряда числа) переписываются через ключи в

Рг.А и Pr.Ч, относящиеся к цифровому компаратору, выполненному на микросхеме

15 564ИП2, Содержимое двух РгЧ сравниваются в компараторе и если число В меньше числа А, то В переписывается на место А вместе с адресом. После просмотра всех

АЦП в верхнем около компаратора Рг.А ос20 тается адрес канала с наименьшим значением сигнала на выходе усреднителя, Этот адрес и подается на управляющий вход коммутатора. Элементная база устройства сравнения: Оà — 564 ГГ4, СФР— 564ИЕ10

25 (или ИЕ11, ИЕ14, IE3), ключи — 564КТЗ, Pr.À и Pr.× вЂ” 564ТМЗ, АЦП вЂ” 572ПВ1 + 521САЗ +

154УДЗ, Схема коммутатора реализуется на основе мультиплексора 564КП2, приведенно30 ro на фиг.4, где коммутируется один отсчет импульсной реакции (ц ) при 16 каналах обработки. Для коммутации N отсчетов импульсной реакции требуется N таких схем.

35 Формула изобретения

Устройство для оценки параметров многолучевого канала связи, содержащее расщепитель входного сигнала, выход которого подключен к входу элемента задержки, блок

40 оценки весовых коэффициентов. регистр сдвига и решающий блок, выход которого подключен к входу регистра сдвига, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности оценки, введены К+1 ячеек задер45 жки, К двухвходовых сумматоров, К блоков оценки K(N+1)-входовых сумматоров, К экстраполяторов, К устреднителей, блок сравнения и коммутатор, выход элемен-а задержки соединен с первыми входами каж50 дого двухвходового сумматора и с входом первой ячейки задержки, выходы двухвхо- . довых сумматоров через соответствующие ячейки задержки соединены с первыми входами соответствующих блоков оценки весо 55 вых коэффициентов, одноименные вторые входы которых обьединены и соединены с соответствующими выходами регистра сдвига, вторые выходы соответствующих блоков оценки весовых коэффициентов соединены с вторыми входами соответствую12

1781828

11 щих (К+ 1)-входовых сумматоров, первые входы каждого иэ которых соединены с выходом. соответствующей ячейки задержки, выходы (К+1)-входовых сумматоров соединены с входами соответствующих экстраполяторов и через усреднители с входами блока сравнения, выходы соответствующих экстраполяторов соединены с вторыми входами соответствующих двухвходовых сумматоров, выходы блока сравнения — с управляющими входами коммутатора, к первым входам которого подключены первые выхо5 ды всех блоков оценки, выходы коммутатора являются выходами устройства. f783826 г

C 2

1781828 от УС

Редактор

Заказ 4282 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета IlQ изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 л

Ъ,3 л

А,у

Составитель В.Карташевский

Техред M.Moðãåíòàë Корректор Н,Слободяник